标量场并行可视化引擎的研究与实现

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1、北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：奄过i氐日期：竺!三：』：监关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学

2、位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在必解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：吞旋履日期：堡堡：苎12竖日期：丑址L耻学位论文数据集

3、IIlllUlIlllIlUIIIY2393630中图分类号TP39学科分类号520．60论文编号1001020130867密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名李贞贞学号2010000867获学位专业名称计算机应

4、用技术获学位专业代码081203课题来源国家计委、科委项目研究方向并行可视化论文题目标量场并行可视化引擎的研究与实现关键词地球系统模式，科学}。算可视化，伪彩，等值线，等值线标注，GPU论文答辩日期2013-5-22·论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长图形实时绘制、多投影指导教师胡伟副教授北京化工大学拼接的大屏幕组合显示评阅人1易军凯教授北京化工大学计算机科学高级工清华大学计算机并行计算、计算机图评阅人2张武生程师科学与技术系形学评阅人3评阅人4评阅人5微员会拂易军凯教授北京化工大学计算机科学答辩委员1王学伟教授北

5、京化工大学信号处理、自动化测试网络数据库应用、计算答辩委员2许南山教授北京化工大学机网络与MIS系统过程工业监测、编译技答辩委员3彭四伟副教授北京化工大学术应用、并行计算基于Web2．0的SNS、数答辩委员4林晓勇副教授北京化工大学据挖掘答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)((学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要标量场并行可视化引擎的研究与实现在地球系统模式研究领域中

6、，地球系统模式数据包含四部分：海洋数据、大气数据、陆地数据和海冰数据。这些数据中存在很多的标量场，我们可以通过研究和分析这些标量场来加深对全球变化的认识，预测全球或区域气候与生态环境的变化。随着时间的推移，地球系统模式产生的数据量越来越大，若我们直接对这些数据进行分析和研究来预测未来的气候变化，工作量将很大，且工作效率低，因此并行可视化方法被引进了地球系统模式研究中。通过各种可视化方法将地球系统模式数据可视化成为二维或三维图像，根据颜色或其他属性来显示变量的特征信息，更加直观地展现了数据的特征，而通过并行计算加快了可视化的速度。伪彩、等值线及等值线

7、标注可视化方法是地球系统模式数据可视化中重要的可视化方法。首先，在前人工作的基础上，本文对伪彩、等值线和等值线标注算法进行研究，分别详细阐述了算法实现流程。其次，针对伪彩和等值线算法，本文进行了并行性分析，发现伪彩和等值线算法具有高度并行性，应用CUDA架构实现了两种算法的GPU加速，提高了伪彩和等值线的计算效率。再次，针对等值线算法中等值线的绘制部分，结合人眼的视觉特性，提出了两种符合人眼视觉特性的等值线绘制方法，解决了传统绘制方法绘制的等值线效果图突兀无艺术感问题，使等值线效果图柔和，具有艺术效果。最后，利用QT开发框架，将三种可视化方法集成，

8、形成了一个轻量级可视化系统，既实现了单个可视化方法的添加和绘制，也实现了多种可视化方法的叠加绘制，另外还实现了可视化结果的交互和存图功能。本文实现的伪彩和等值线算法，计算效率高，绘制的可视化图像效果形象易懂，等值线效果图柔和清晰，符合人眼视觉特性。作者开发的轻量级可视化系统，功能简洁，学习成本低，操作简单，占用内存小。关键字：标量场，并行可视化，地球系统模式，科学计算可视化，伪彩，等值线，等值线标注，GPU摘要TheResearchandimplementationofparallelvisulizationengineforscalarfield

9、ABSTRACTInthefiledofESM(Earthsystemmodel)，thedataofESMconsist